夏松 周慶濤

摘要：采用鋁合金內(nèi)膽外纏復(fù)合材料層的方式研制出承壓高、重量輕、氣密性好、耐疲勞等綜合性能優(yōu)良的超大容積氣瓶。?本文主要對(duì)無(wú)縫鋁合金管材在超大容積氣瓶用整體內(nèi)膽的應(yīng)用進(jìn)行研究概述。

關(guān)鍵詞：無(wú)縫鋁合金管材;超大容積氣瓶;整體內(nèi)膽

無(wú)縫鋁合金管具有良好的耐腐蝕性、成型性、焊接性和機(jī)械加工性。無(wú)縫鋁合金管的抗拉強(qiáng)度可達(dá)200mpa以上，屈服強(qiáng)度可達(dá)180mpa以上。特別適用于強(qiáng)度要求高的機(jī)架和工業(yè)附件。在超大容積氣瓶整體缸套的應(yīng)用中也很常見(jiàn)。

有四種類(lèi)型的氣瓶，即金屬氣瓶、金屬內(nèi)襯環(huán)向纏繞復(fù)合氣瓶、金屬內(nèi)襯全纏繞復(fù)合氣瓶和塑料內(nèi)襯全纏繞復(fù)合氣瓶。近20年來(lái)，我國(guó)高壓缸的發(fā)展也取得了很大的進(jìn)步。纖維纏繞金屬鋁內(nèi)襯復(fù)合材料超大容積氣瓶在相同內(nèi)壓下具有相同的體積和承載相。因此，復(fù)合材料超大容積氣瓶在國(guó)內(nèi)外得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

一、應(yīng)用工藝原料選擇

1.內(nèi)襯

特大容量氣瓶的襯里必須符合下列要求：確保良好的氣密性;具有一定的剛度，可作為纖維纏繞過(guò)程中的模具使用;具有一定的沖擊韌性。本研究選用鋁合金材料作為襯里，因?yàn)殇X合金襯里具有抗?jié)B性強(qiáng)、長(zhǎng)期儲(chǔ)氣而不泄壓的優(yōu)點(diǎn);鋁合金襯里在溫度變化時(shí)具有良好的穩(wěn)定性;鋁合金內(nèi)襯復(fù)合材料氣缸比鋼襯氣缸輕。

2.纖維

瓶體采用綜合性能好的高強(qiáng)中模碳纖維r1700-12k作為增強(qiáng)纖維，外保護(hù)層×10玻璃纖維采用無(wú)堿ec8.0-24。

3.樹(shù)脂體系

根據(jù)復(fù)合材料的強(qiáng)度、韌性、耐低溫及浸漬過(guò)程的性能要求，最終選擇將芳香胺混合作為固化劑的環(huán)氧樹(shù)脂的組合。

二、無(wú)縫鋁合金管材在超大容積氣瓶用整體內(nèi)膽的應(yīng)用工藝

超大型高壓氣瓶的鋁合金內(nèi)襯用作纏繞式氣瓶的內(nèi)襯，用于儲(chǔ)存壓縮氣體。超大型高壓氣瓶鋁合金內(nèi)襯是兩端封閉成型頭與瓶口的整體無(wú)縫結(jié)構(gòu)，直筒段公稱(chēng)外徑φ300-φ850mm，高壓氣瓶額定壓力20-30Mpa。

上述超大尺寸高壓氣瓶鋁合金缸套，直筒段壁厚宜為3-10mm，直筒段整體直線度不大于0.5mm/m;直筒部分的壁厚公差小于或等于0.15mm。

直筒段的任何直段的局部直線度不大于0.5mm/300mm;直筒部分的任何位置的圓度不大于0.5mm;直圓柱體部分的內(nèi)表面粗糙度小于Ra1.6μm。直筒段外表面粗糙度小于Ra3.2μm。

如上所述的超大尺寸高壓氣瓶鋁合金缸套，封頭的結(jié)構(gòu)形式優(yōu)選為橢球封頭、盤(pán)封頭或半球封頭，A封頭的結(jié)構(gòu)形式和B封頭相同，頭部的厚度從邊緣到瓶口逐漸均勻加厚。

三、鋁合金在氣瓶上應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)

耐低溫型。車(chē)載LNG氣瓶屬于低溫容器，而鋁合金可以在溫度很低的工況下使用，甚至在低溫的條件下，鋁合金的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度會(huì)有所提高，斷裂韌性也會(huì)提高，滿(mǎn)足車(chē)載?LNG氣瓶的溫度方面的設(shè)計(jì)需求。

比強(qiáng)度高。比強(qiáng)度是材料的強(qiáng)度除以其密度。比強(qiáng)度越高表明達(dá)到相應(yīng)強(qiáng)度所用的材料質(zhì)量越輕?，F(xiàn)有車(chē)載LNG氣瓶多為不銹鋼材質(zhì)，氣瓶自重較重。而鋁合金的比強(qiáng)度較高，車(chē)載LNG氣瓶屬于移動(dòng)式壓力容器，較高的比強(qiáng)度帶來(lái)較低的自重，使車(chē)載LNG氣瓶在使用過(guò)程中可以降低能耗，節(jié)約成本。

耐腐蝕性好。車(chē)載LNG氣瓶運(yùn)行的環(huán)境多為露天環(huán)境，需要對(duì)大氣環(huán)境有良好的耐腐蝕性能。鋁合金在使用過(guò)程中，使其外表面形成一層致密的氧化膜，使鋁合金具有極強(qiáng)的耐大氣腐蝕性。

四、結(jié)束

高壓氣瓶已廣泛應(yīng)用于工礦生產(chǎn)、建筑、交通、航運(yùn)、航空、醫(yī)療、軍工等國(guó)民經(jīng)濟(jì)行業(yè)。高壓氣瓶的容量、壁厚、制造工藝和材料將影響高壓氣瓶的性能。

其優(yōu)點(diǎn)如下：顯著減肥，在相同性能下，重量?jī)H為傳統(tǒng)鋼氣缸的35%-40%;損傷安全性、減震性好，復(fù)合材料中纖維與樹(shù)脂基體的界面具有良好的阻尼性能;與無(wú)縫鋼瓶生產(chǎn)所需的復(fù)雜工藝相比，纖維纏繞工藝更加靈活，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，能耗遠(yuǎn)低于鋼瓶生產(chǎn)工藝。

車(chē)載LNG氣瓶作為L(zhǎng)NG汽車(chē)燃料系統(tǒng)的核心裝備，輕量化成為其主要發(fā)展方向，鋁合金在車(chē)載LNG氣瓶在某些方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，特別是輕量化的方向上，有著巨大的潛力。加強(qiáng)車(chē)載LNG氣瓶對(duì)鋁合金的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用，對(duì)LNG氣瓶及汽車(chē)的輕量化有著巨大意義。

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